Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp trắc quang xác định asen bằng thuốc thử safranine

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu phương pháp trắc quang xác định asen bằng thuốc thử safranine, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong

• Tác giả: Nguyễn Lê Thanh Vân
• Người hướng dẫn: GS. Trần Tứ Hiếu
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Trắc Quang Xác Định Asen Bằng Thuốc Thử Safranine
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về asen
• 1.2. Các dạng tồn tại và tính chất lý hóa học của asen (As)
• 1.2.1. Các dạng tồn tại của asen
• 1.2.2. Tính chất vật lý
• 1.2.3. Tính chất hóa học
• 1.3. Độc tính của asen và sự tích lũy trong cơ thể người
• 1.4. Ô nhiễm asen trong nước ngầm trên thế giới và Việt Nam
• 1.4.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới
• 1.4.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam
• 1.5. Một số phương pháp xác định Asen
• 1.5.1. Phương pháp phân tích đo quang phân tử
• 1.5.2. Phương pháp đo quang với bạc dietyl đithiocacbamat
• 1.5.3. Phương pháp xanh molipden
• 1.5.4. Đo quang xác định asen sau khi hấp thụ asin bằng hỗn hợp
• 1.5.5. Phương pháp xác định asen bằng thuốc thử Leuco crystal violet (LCV)
• 1.5.6. Phương pháp động học xúc tác
• 1.5.7. Xác định lượng vết As(III) bằng phương pháp động học- trắc quang dựa trên ảnh hưởng ức chế phản ứng giữa kalibromua và kalibromat trong môi trường axit
• 1.5.8. Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)
• 1.5.9. Phương pháp huỳnh quang
• 1.5.10. Xác định As(III) bằng thuốc thử fluorescein
• 1.5.11. Phương pháp dòng chảy - huỳnh quang xác định axit dimethyl arsinic(DMAA) trong thuốc diệt cỏ sử dụng phản ứng quang hóa trực tiếp
• 1.5.12. Xác định Asen bằng phương pháp huỳnh quang phân tử với hệ thuốc thử murexit – Cr(VI)
• 1.5.13. Phương pháp biosensor sử dụng vi khuẩn chỉ thị
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Nguyên tắc của phương pháp trắc quang xác định hàm lượng asen bằng Safranin. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
• 2.4. Dụng cụ, thiết bị
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu phương pháp xác định As (III) dựa trên hệ phản ứng oxi hóa khử As(III), KIO3 và Safranin. Nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị
• 3.2. Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ KIO3
• 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử Safranine
• 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ HCl
• 3.7. Đánh giá phương pháp phân tích
• 3.8. Độ chọn lọc của phương pháp phân tích
• 3.9. Khảo sát khoảng tuyến tính
• 3.10. Phân tích mẫu thực tế
• 3.11. Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm

Tóm tắt

I. Tổng quan về phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine

Phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine đang trở thành một trong những phương pháp phân tích phổ biến trong lĩnh vực hóa học phân tích. Asen là một nguyên tố độc hại, có mặt trong nhiều nguồn nước ngầm và nước mặt, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Việc xác định chính xác hàm lượng asen trong các mẫu nước là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn mang lại độ nhạy và độ chính xác cao.

1.1. Đặc điểm của asen và tầm quan trọng trong phân tích

Asen (As) là một nguyên tố hóa học có tính độc cao, thường tồn tại dưới dạng asen(III) và asen(V). Việc xác định hàm lượng asen trong nước là rất quan trọng, đặc biệt là ở những khu vực có nguy cơ ô nhiễm cao. Các nghiên cứu cho thấy asen có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng, bao gồm ung thư da và các bệnh về gan.

1.2. Lịch sử và sự phát triển của phương pháp trắc quang

Phương pháp trắc quang đã được phát triển từ lâu và ngày càng được cải tiến. Sự xuất hiện của các thuốc thử như Safranine đã mở ra hướng đi mới cho việc xác định asen trong các mẫu nước. Phương pháp này cho phép phân tích nhanh chóng và hiệu quả, giúp các nhà khoa học có thể theo dõi tình trạng ô nhiễm asen trong môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm và thách thức hiện tại

Ô nhiễm asen trong nước ngầm là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt ở các khu vực đồng bằng châu thổ. Nguồn gốc của ô nhiễm chủ yếu đến từ hoạt động khai thác khoáng sản và sử dụng hóa chất trong nông nghiệp. Việc phát hiện và xử lý ô nhiễm asen là một thách thức lớn đối với các nhà khoa học và chính quyền địa phương.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm asen trong nước ngầm

Ô nhiễm asen trong nước ngầm chủ yếu do hoạt động khai thác khoáng sản, sử dụng thuốc trừ sâu và các hoạt động công nghiệp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nồng độ asen trong nước ngầm có thể vượt quá giới hạn cho phép, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

2.2. Hệ quả của ô nhiễm asen đối với sức khỏe

Ô nhiễm asen có thể dẫn đến nhiều bệnh lý nghiêm trọng, bao gồm ung thư da, bệnh về gan và các vấn đề về hô hấp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tỷ lệ mắc bệnh ung thư da tăng cao ở những khu vực có nồng độ asen trong nước vượt quá 0,01 mg/l.

III. Phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine Nguyên lý và quy trình

Phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine dựa trên nguyên lý hấp thụ quang. Safranine là một thuốc thử có khả năng tạo phức với asen, giúp xác định nồng độ asen trong mẫu nước một cách chính xác. Quy trình thực hiện đơn giản, không yêu cầu thiết bị phức tạp.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp trắc quang

Phương pháp trắc quang hoạt động dựa trên sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch chứa asen và Safranine. Khi asen kết hợp với Safranine, sẽ tạo ra một phức hợp có màu sắc đặc trưng, từ đó có thể xác định nồng độ asen trong mẫu nước.

3.2. Quy trình thực hiện phương pháp trắc quang

Quy trình thực hiện bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, thêm thuốc thử Safranine và đo độ hấp thụ quang. Các yếu tố như pH, nồng độ thuốc thử và thời gian phản ứng cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp trắc quang xác định asen

Phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều nghiên cứu và thực tiễn. Kết quả từ các nghiên cứu cho thấy phương pháp này có độ nhạy cao và có thể phát hiện asen ở nồng độ rất thấp, giúp theo dõi tình trạng ô nhiễm asen trong môi trường.

4.1. Kết quả nghiên cứu ứng dụng phương pháp trắc quang

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine có thể phát hiện asen ở nồng độ thấp hơn 0,01 mg/l, đáp ứng yêu cầu của tổ chức y tế thế giới. Kết quả này cho thấy tính khả thi của phương pháp trong việc giám sát chất lượng nước.

4.2. Ứng dụng trong quản lý môi trường

Phương pháp này không chỉ giúp xác định nồng độ asen trong nước mà còn có thể được áp dụng trong các chương trình giám sát môi trường, giúp các cơ quan chức năng có biện pháp xử lý kịp thời, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của phương pháp trắc quang xác định asen

Phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine đã chứng minh được tính hiệu quả và độ chính xác trong việc xác định hàm lượng asen trong nước. Với sự phát triển của công nghệ và nghiên cứu, phương pháp này hứa hẹn sẽ tiếp tục được cải tiến và mở rộng ứng dụng trong tương lai.

5.1. Tóm tắt những lợi ích của phương pháp

Phương pháp trắc quang xác định asen bằng Safranine mang lại nhiều lợi ích, bao gồm độ nhạy cao, quy trình thực hiện đơn giản và chi phí thấp. Điều này giúp các nhà nghiên cứu và cơ quan chức năng dễ dàng áp dụng trong thực tiễn.

5.2. Triển vọng phát triển trong tương lai

Với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ, phương pháp trắc quang xác định asen có thể được cải tiến hơn nữa, mở rộng khả năng phát hiện và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ môi trường đến y tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm asen (As) trong nước ngầm là một vấn đề môi trường nghiêm trọng toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo ước tính, hàng chục triệu người trên thế giới đang sử dụng nguồn nước ngầm có hàm lượng asen vượt mức cho phép, đặc biệt tại các khu vực đồng bằng châu thổ như sông Hồng (Việt Nam), đồng bằng sông Ganges (Ấn Độ, Bangladesh), và nhiều vùng tại Trung Quốc, Chile, Argentina. Tại Việt Nam, khoảng 13,5% dân số (tương đương 10-15 triệu người) sử dụng nước giếng khoan có nguy cơ nhiễm asen cao, với nồng độ vượt quá tiêu chuẩn 0,01 mg/l do Bộ Y tế quy định.

Asen tồn tại chủ yếu ở hai dạng hóa học As(III) và As(V), trong đó As(III) có độc tính cao gấp 50 lần As(V). Việc xác định chính xác hàm lượng As(III) trong nước ngầm là rất cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm và nguy cơ sức khỏe. Mục tiêu nghiên cứu là phát triển và tối ưu hóa phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử Safranine để xác định As(III) trong mẫu nước ngầm, với phạm vi nghiên cứu tập trung tại các vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, Việt Nam, trong giai đoạn năm 2010-2012. Phương pháp này hướng tới độ nhạy cao, độ chính xác tốt, chi phí thấp và khả năng ứng dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm phân tích môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết oxi hóa khử: Phản ứng giữa As(III) và KIO3 trong môi trường axit tạo ra I2, I2 tiếp tục oxi hóa thuốc thử Safranine, làm mất màu dung dịch. Mức độ mất màu tỷ lệ thuận với nồng độ As(III).
• Phương pháp trắc quang phân tử: Đo độ hấp thụ quang của dung dịch thuốc thử Safranine tại bước sóng 519 nm để xác định nồng độ As(III).
• Khái niệm về độ chọn lọc và độ nhạy: Đánh giá ảnh hưởng của các ion lạ (NO3-, SO42-, Ca2+, Ba2+, Zn2+, Fe3+, Cu2+) đến kết quả phân tích nhằm đảm bảo độ chính xác và tin cậy của phương pháp.
• Khái niệm về giới hạn phát hiện và khoảng tuyến tính: Xác định phạm vi nồng độ As(III) mà phương pháp có thể đo chính xác và giới hạn thấp nhất có thể phát hiện.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu nước ngầm thu thập tại các khu vực ô nhiễm asen ở đồng bằng sông Hồng, Việt Nam.
• Phương pháp phân tích: Phương pháp trắc quang dựa trên phản ứng oxi hóa khử giữa As(III), KIO3 và thuốc thử Safranine trong môi trường axit HCl.
• Thiết bị sử dụng: Máy trắc quang UV-VIS Shimadzu 1601 PC, bước sóng làm việc 190-900 nm, cuvet thủy tinh dày 1 cm.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Sử dụng 27 mẫu dung dịch chuẩn và mẫu thực tế với nồng độ As(III) từ 2 ppm đến 10 ppm để khảo sát các điều kiện phản ứng và đánh giá phương pháp.
• Phân tích số liệu: Đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 519 nm, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian phản ứng, nồng độ KIO3, Safranine, HCl và các ion gây nhiễu. Sử dụng đồ thị và bảng số liệu để xác định điều kiện tối ưu và đánh giá độ chính xác, độ chọn lọc.
• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong năm 2012, bao gồm giai đoạn khảo sát điều kiện phản ứng, đánh giá phương pháp và ứng dụng phân tích mẫu thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phổ hấp thụ và bước sóng đo: Dung dịch Safranine có bước sóng hấp thụ cực đại tại 519 nm trong môi trường axit. Khi có As(III), độ hấp thụ giảm rõ rệt, tỷ lệ thuận với nồng độ As(III) (5 ppm và 10 ppm làm giảm độ hấp thụ lần lượt khoảng 0,3 và 0,5 đơn vị hấp thụ).

2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: Độ hấp thụ quang ổn định sau 2 phút kể từ khi thêm Safranine, duy trì trong vòng 60 phút, cho phép lựa chọn phương pháp đo thời gian ấn định. Độ hấp thụ giảm nhiều hơn khi nồng độ As(III) tăng (ví dụ 10 ppm giảm hấp thụ mạnh hơn 5 ppm).

3. Tối ưu nồng độ KIO3: Nồng độ KIO3 trong khoảng 0,12% đến 0,24% không làm thay đổi đáng kể độ hấp thụ nền, hiệu số độ hấp thụ giữa mẫu có As(III) và mẫu nền ổn định, chọn 0,16% làm nồng độ tối ưu.

4. Tối ưu nồng độ Safranine: Nồng độ Safranine từ 0,8x10^-3% đến 1,2x10^-3% cho hiệu số độ hấp thụ lớn nhất, chọn 1,2x10^-3% làm nồng độ tối ưu.

5. Tối ưu nồng độ HCl: Nồng độ HCl từ 0,04 M đến 0,2 M không ảnh hưởng đáng kể đến độ hấp thụ, chọn 0,08 M làm điều kiện chuẩn.

6. Độ chọn lọc của phương pháp: Các ion NO3-, SO42-, Ca2+, Ba2+ ảnh hưởng đến kết quả khi vượt ngưỡng nhất định:

   • Ion NO3- gây sai số trên 15% khi nồng độ gấp 7 lần As(III).
   • Ion SO42- gây sai số trên 15% khi nồng độ gấp 5 lần As(III).
   • Ion Ca2+ gây sai số trên 15% khi nồng độ gấp 150 lần As(III).
   • Ion Ba2+ có ảnh hưởng tương tự Ca2+ nhưng ở mức thấp hơn. Các ion này thường không vượt ngưỡng trong mẫu nước ngầm hoặc có thể được loại trừ trong xử lý mẫu.

Thảo luận kết quả

Phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử Safranine dựa trên phản ứng oxi hóa khử giữa As(III) và KIO3 trong môi trường axit đã được tối ưu hóa thành công với các điều kiện phản ứng ổn định và độ nhạy cao. Việc chọn bước sóng 519 nm phù hợp với phổ hấp thụ của thuốc thử và sản phẩm phản ứng giúp tăng độ chính xác trong đo lường.

Thời gian phản ứng ngắn và ổn định cho phép áp dụng phương pháp trong phân tích thực tế với quy trình đơn giản, tiết kiệm thời gian. Các ion gây nhiễu được khảo sát kỹ càng, cho thấy phương pháp có độ chọn lọc tốt, phù hợp với mẫu nước ngầm có thành phần phức tạp.

So sánh với các phương pháp khác như phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp này có ưu điểm về chi phí thấp, thiết bị đơn giản và khả năng ứng dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm không có trang thiết bị hiện đại. Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ phổ hấp thụ, đồ thị ảnh hưởng thời gian và bảng số liệu khảo sát ion gây nhiễu để minh họa rõ ràng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp trắc quang Safranine trong giám sát nước ngầm: Khuyến nghị các cơ quan môi trường và phòng thí nghiệm sử dụng phương pháp này để kiểm tra hàm lượng As(III) định kỳ, nhằm phát hiện sớm và cảnh báo ô nhiễm asen.

2. Xây dựng quy trình chuẩn trong phòng thí nghiệm: Đào tạo kỹ thuật viên về quy trình chuẩn, bao gồm chuẩn bị mẫu, tối ưu điều kiện phản ứng và xử lý dữ liệu để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả.

3. Phát triển thiết bị đo quang đơn giản, di động: Nghiên cứu và chế tạo thiết bị đo quang cầm tay sử dụng thuốc thử Safranine để phục vụ khảo sát hiện trường, giúp nhanh chóng đánh giá mức độ ô nhiễm asen tại các vùng nông thôn.

4. Mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của các ion khác và mẫu phức tạp: Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của các ion kim loại nặng khác và các mẫu nước có thành phần phức tạp hơn để hoàn thiện phương pháp, nâng cao độ chọn lọc và ứng dụng trong nhiều điều kiện môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu môi trường và hóa phân tích: Sử dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các phương pháp phân tích asen hiệu quả, đồng thời tham khảo cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm.

2. Cơ quan quản lý môi trường và y tế công cộng: Áp dụng phương pháp để giám sát chất lượng nước, đánh giá nguy cơ ô nhiễm asen và xây dựng chính sách bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

3. Phòng thí nghiệm phân tích nước và môi trường: Triển khai phương pháp trắc quang Safranine như một công cụ phân tích nhanh, chính xác và tiết kiệm chi phí trong kiểm tra mẫu nước ngầm.

4. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư vùng ô nhiễm: Nắm bắt thông tin về mức độ ô nhiễm asen và phương pháp phát hiện để nâng cao nhận thức, từ đó có biện pháp phòng tránh và xử lý phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp trắc quang Safranine có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Phương pháp này có độ nhạy và độ chính xác cao, quy trình đơn giản, chi phí thấp, không đòi hỏi thiết bị phức tạp như phổ hấp thụ nguyên tử. Thời gian phân tích nhanh, phù hợp với các phòng thí nghiệm có trang thiết bị hạn chế.

2. Phương pháp có thể phát hiện As(III) ở nồng độ thấp nhất bao nhiêu?
   Giới hạn phát hiện của phương pháp khoảng vài ppb (μg/l), đủ để đáp ứng tiêu chuẩn an toàn nước uống của WHO (0,01 mg/l), giúp phát hiện sớm ô nhiễm asen.

3. Các ion nào có thể gây nhiễu trong phép xác định As(III) bằng phương pháp này?
   Các ion NO3-, SO42-, Ca2+, Ba2+ có thể ảnh hưởng khi vượt ngưỡng nhất định (ví dụ NO3- gấp 7 lần As(III) gây sai số trên 15%). Tuy nhiên, trong mẫu nước ngầm thực tế, nồng độ các ion này thường thấp hoặc được xử lý loại bỏ.

4. Phương pháp có thể áp dụng cho mẫu nước có thành phần phức tạp không?
   Có thể áp dụng, nhưng cần xử lý mẫu để loại bỏ các ion gây nhiễu hoặc hiệu chỉnh kết quả. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của các ion phổ biến và đề xuất biện pháp xử lý phù hợp.

5. Phương pháp này có thể sử dụng ngoài hiện trường không?
   Hiện tại phương pháp yêu cầu thiết bị trắc quang UV-VIS, tuy nhiên có thể phát triển thiết bị đo quang cầm tay kết hợp thuốc thử Safranine để sử dụng ngoài hiện trường, giúp đánh giá nhanh mức độ ô nhiễm.

Kết luận

• Phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử Safranine đã được nghiên cứu và tối ưu thành công để xác định As(III) trong mẫu nước ngầm với độ nhạy và độ chính xác cao.
• Điều kiện phản ứng tối ưu gồm: KIO3 0,16%, Safranine 1,2x10^-3%, HCl 0,08 M, đo tại bước sóng 519 nm, thời gian phản ứng 2 phút.
• Phương pháp có độ chọn lọc tốt, chịu ảnh hưởng ion gây nhiễu trong giới hạn cho phép, phù hợp với mẫu nước ngầm tại các vùng ô nhiễm asen ở Việt Nam.
• Đề xuất áp dụng phương pháp trong giám sát môi trường, phát triển thiết bị đo quang di động và mở rộng nghiên cứu để nâng cao hiệu quả phân tích.
• Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo nhân lực, xây dựng quy trình chuẩn và triển khai ứng dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm và cộng đồng.

Hãy áp dụng phương pháp này để nâng cao hiệu quả giám sát ô nhiễm asen, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường sống bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hiện nay, môi trƣờng ô nhiễm là vấn đề mang tính toàn cầu, là hệ quả từ khai thác mỏ, công nghiệp, nông nghiệp, và các hoạt động quân sự… Cùng với ô nhiễm hợp chất hữu cơ thì sự có mặt kim loại và á kim cũng là những nguồn chính của ô nhiễm nghiêm trọng có thể đe dọa sức khỏe con ngƣời [19]. Trong số các nguyên tố độc hại asen (As) - nguyên tố có tính độc, chức năng sinh học rõ ràng đang đƣợc thế giới quan tâm. Asen là một nguyên tố vi lƣợng rất cần thiết đối với quá trình sinh trƣởng và phát triển của động thực vật. Asen cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống nhƣ trong công nghiệp nhuộm, thuốc trừ sâu, dƣợc liệu, …Tuy nhiên ở hàm lƣợng cao, asen gây tác hại to lớn đối với hệ sinh thái.

Asen cản trở quá trình quang hợp của cây, gây ra hiện tƣợng rụng lá ở thực vật. Asen cũng rất độc hại đối với con ngƣời và động vật. Khi xâm nhập vào cơ thể asen có thể gây hàng loạt chứng bệnh nguy hiểm nhƣ các bệnh dạ dày, rối loạn chức năng gan, hội chứng đen da và ung thƣ da,…[9] Độc tính của asen rất khác nhau, asen (III) độc gấp 50 lần asen (V), asen ở dạng vô cơ độc hơn ở dạng hữu cơ. Do đó hàm lƣợng asen trong môi trƣờng luôn đƣợc quy định ở những nồng độ rất thấp.

Giới hạn cho phép của asen trong nƣớc sinh hoạt theo tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới là 0,01 mg/l, theo tiêu chuẩn VN 5502 – 2003 là 0,01mg/l [8]. Nguồn gây ô nhiễm asen từ công nghiệp, sự đốt cháy các khoáng chứa asen và nguồn khoáng trong tự nhiên giàu asen trong đó có sự hòa tan các khoáng sunfua của asen trong đất là chủ yếu. Asen là thành phần tự nhiên của lớp trầm tích vỏ trái đất nên nó thƣờng có mặt trong các tầng nƣớc ngầm và nƣớc mặt. Ở một số khu vực trên thế giới, nƣớc ngầm có hàm lƣợng asen rất cao do lớp trầm tích có cấu trúc, thành phần hóa học thuận lợi cho việc hòa tan asen từ đất ra nƣớc.

Hiện tƣợng này đƣợc phát hiện tại các khu vực đồng 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] bằng châu thổ thấp trũng, xảy ra lụt lội hàng năm, dòng chảy thủy văn chậm, các lớp bồi tích trẻ thiếu oxy (mang tính khử) thuận lợi cho việc giải phóng asen từ đất ra nƣớc. Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm dùng cho sinh hoạt và tƣới tiêu đã đƣợc phát hiện trong khoảng 20 năm qua tại Bangladet, Ấn độ, Trung quốc, Việt nam, Campuchia, Achentina, Chile, [18]… Ở Việt nam, sự ô nhiễm asen đã đƣợc phát hiện ở nhiều nơi nhƣ Hà Nội, Hà Nam, Hải Dƣơng, Phú Thọ, Cà Mau,… Nhiều nghiên cứu về ô nhiễm asen trong nƣớc giếng khoan tại Việt Nam đã đƣợc tiến hành trong những năm vừa qua. Trong số các phƣơng pháp phân tích nhƣ phƣơng pháp động học – trắc quang, phƣơng pháp phổ khối plasma cảm ứng cao tần (ICP - MS), phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), hoặc nhiều phƣơng pháp khác .thì phƣơng pháp trắc quang là phƣơng pháp đang đƣợc quan tâm nghiên cứu để xác định asen vì phƣơng pháp này có độ nhạy và độ chính xác cao, quy trình phân tích đơn giản không tốn nhiều hoá chất và không đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền. Vì vậy, để đóng góp vào việc phát triển ứng dụng phƣơng pháp này với đối tƣợng nghiên cứu là nƣớc ngầm chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu phƣơng pháp trắc quang xác định asen bằng thuốc thử Safranine”.

2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về asen 1. Các dạng tồn tại và tính chất lý hóa học của asen (As) 1. Các dạng tồn tại của asen Asen (ký hiệu As) có số nguyên tử là 33, là nguyên tố phổ biến thứ 12 trong vỏ trái đất chiếm 1.10-4% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất, khối lƣợng nguyên tử của nó bằng 74,92; tồn tại chủ yếu ở dạng asen 3 và 5.

Asen có trong các khoáng vật sunfua: reanga (As 4S4), oripimen (As2S3). Nguyên tố asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại. Dạng không kim loại của asen đƣợc tạo nên khi làm ngƣng tụ hơi của nó, khi đó asen có màu vàng, dạng kim loại của asen có màu trắng bạc [3]. Trong tự nhiên, Asen không tồn tại ở dạng đơn chất mà tồn tại dƣới dạng các hợp chất vô cơ (asenit, asenat) và hữu cơ (metyl asen, dimetyl asen).

Asen có mặt khắp nơi trong tự nhiên, trong đất, trong đá, trong khoáng, trong quặng, trong các cơ thể sống… Asen thƣờng có hàm lƣợng cao trong các khoáng của sắt, đồng, chì hoặc trong những khoáng sunfua, trong đó khoáng asenopyrit có hàm lƣợng asen cao nhất. Tùy theo từng điều kiện môi trƣờng mà asen có thể tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: -3, 0, +3,+5. Trong nƣớc tự nhiên, asen tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)]. As(V) là dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nƣớc bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của asen trong nƣớc ngầm.

Dạng As(V) hay các arsenate gồm AsO43-, HAsO42-, H2AsO4-, H3AsO4; còn dạng As(III) hay các arsenit gồm H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32- và AsO33-. Asen còn tồn tại ở nhiều dạng hợp chất hữu cơ nhƣ: metylasen, đimetylasen. Các dạng tồn tại của asen trong nƣớc phụ thuộc vào 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] pH và thế oxi hoá khử Eh của môi trƣờng. Ảnh hƣởng của pH đến dạng tồn tại của asen đƣợc trình bày nhƣ trên hình 1.1: Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của Asen Thế ôxi-hóa khử và pH là các yếu tố quyết định đến dạng tồn tại của asen trong môi trƣờng.

Ở điều kiện ôxi-hóa, và pH thấp (nhỏ hơn 6,9) dạng H2AsO4- chiếm đa số, trong khi ở pH cao HAsO42- lại chiếm ƣu thế (H3AsO40 và AsO43- chỉ có thể tồn tại trong môi trƣờng axit mạnh và bazơ mạnh). Ở điều kiện khử và pH thấp (<9,2) dạng As(III) không mang điện chiếm đa số H3AsO3.2: Đồ thị ảnh hưởng của pH/Eh đến dạng tồn tại của asen 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Tính chất vật lý Asen là nguyên tố có một vài dạng thù hình dạng kim loại và không kim loại. Asen tồn tại 3 dạng Asα: là dạng bền, tƣơng đối cứng giòn; Asβ: dạng vô định hình, giòn; Asγ: gồm nhiều phân tử As4 giả bền, mềm nhƣ sáp, dễ tan trong dung môi CS2.

As4 là dạng không kim loại, ở nhiệt độ thƣờng dƣới tác dụng của ánh sáng nó chuyển sang dạng kim loại. Về tính chất vật lý Asen mang tính chất của kim loại. Tỷ trọng: 5,72g/cm3 ở 140C Nhiệt độ nóng chảy: 8170C ở 37 atm Nhiệt độ sôi: 6150C Độ âm điện: χ = 2 M = 74,9216g/mol Năng lƣợng ion hóa từ thứ nhất đến thứ 5 là: 10,5; 20,1; 28,0; 49,9; 62,5 eV. Tính chất hóa học Về mặt tính chất hóa học các hợp chất của Asen giống nhƣ tính chất của một số phi kim.

 Tính chất của asin (AsH3) [4,5,10] As3- thƣờng tồn tại dƣới dạng AsH3 hoặc asin hữu cơ. AsH3 có cấu tạo tƣơng tự NH3, PH3. Nó có một số tính chất vật lý sau: - Độ dài liên kết As-H: 1,52Ao, góc liên kết 92o - Năng lƣợng liên kết trung bình = 71 kcal/mol - Nhiệt độ nóng chảy là: -116oC, nhiệt độ sôi là: -62oC - Là chất khí không màu, nặng hơn không khí khoảng 2,7 lần và có mùi hạnh nhân đắng hay mùi tỏi. Về hóa tính: AsH3 là hợp chất thu nhiệt nên dễ bị phân hủy khi đun nóng (300 oC), asen bám lên thành bình tạo một lớp lấp lánh nhƣ gƣơng.

5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] AsH3 có tính khử mạnh có thể bốc cháy trong không khí. Chúng khử đƣợc muối của kim loại từ Cu trở về sau: 4AsH3 +10H2SO4 → 3SO2 + 4AsSO4(OH) + 14H2O + 3S↓ AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O → 6Ag + 6HNO3 + H3AsO3 AsH3 bốc cháy trong không khí tạo thành As2O3 2AsH3 + 3O2 → As2O3 + 3H2O + 44,2 kcal AsH3 tác dụng với HgCl2 tẩm trên giấy lọc tạo ra hợp chất có màu biến đổi từ vàng → đỏ → nâu. AsH2(HgCl) → AsH(HgCl)2 → As(HgCl)3 → As2Hg3 Tính chất này đƣợc áp dụng phân tích bán định lƣợng bằng phƣơng pháp so màu. AsH3 tác dụng với I2/KI và I2/ CO32- ở pH = 8 AsH3 + 4I2 + 4H2O → H3AsO4 + 8I- + 8H+  Tính chất hóa học của Asen hóa trị (III) [4,7,23] Chủ yếu As(III) tồn tại ở dạng các hợp chất nhƣ: As 2O3, As2S3, AsCl3, AsO33-, H2AsO3… * As2O3: Là oxit màu trắng hay còn gọi là asen trắng, ít tan trong nƣớc (1,7g trong 100g H2O) ở 15oC dung dịch bão hòa chứa khoảng 1,5% As2O3.

Khi tan trong nƣớc tạo thành axit asenơ. As2O3 + 3H2O → 2As(OH)3 As(OH)3 ≡ H3AsO3 là chất lƣỡng tính nhƣng tính axit trội hơn. Dạng oxit của As2O3 ở trạng thái khí tồn tại dƣới dạng phân tử kép As4O6. Trạng thái rắn tinh thể có màu vàng.

Ở 250oC tan vào nƣớc cho dung dịch 2%. As2O3 tan tốt trong kiềm As2O3 + 4NaOH → 2NaHAsO3 + H2O Khi đun nóng, As2O3 bị C,H2 khử dễ dàng sinh ra kim loại As2O3 + 6H2 → 2As + 3H2O 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] As2O3 (As4O6) thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2CrO7, HNO3 khi đó ta có: 3As4O6 + 8HNO3 + 14H2O → 12H3AsO4 + 8NO↑ As2O3 tác dụng với kim loại trong môi trƣờng axit As2O3 + 6Zn + 12HCl → 6ZnCl2 +2AsH3 + H2O Phản ứng này ứng dụng trong phân tích định lƣợng. * AsX3: cũng giống nhƣ hợp chất As2O3, AsX3 (X là Cl, Br, I, F) là những hợp chất dễ dàng thủy phân tạo môi trƣờng axit AsCl3 + 3H2O → H3AsO3 + 3HCl AsF3, AsCl3 là chất lỏng không màu, sánh AsBr3, AsI4 là chất rắn dễ nóng chảy * Phản ứng hóa học của AsO33- H3AsO3 không điều chế đƣợc ở dạng tự do mà chỉ tồn tại trong dung dịch nƣớc. Khi đó có cân bằng: H3AsO3 ↔ H2O + HAsO2 Kpl = 6.10-10 cân bằng chuyển dịch mạnh về phía phải.

* Tác dụng với Na2S và (NH4)2S Các sunfua kim loại kiềm và sunfua amoni đều không tạo đƣợc kết tủa sunfua với các dung dịch axit H3AsO3 trực tiếp mà tạo muối thio tan H3AsO3 + 3Na2S → Na3AsS3 + 3N aOH H3AsO3 + 3(NH4)2S → (NH4)3AsS3 + 3NH4OH Nhƣng tác dụng giữa AsO33- và Na2S trong môi trƣờng axit HCl 6N tạo kết tủa vàng 2AsO33- + 12H+ + 3Na2S → As2S3↓ + 6H2O + 6Na+ (vàng) Có thể tách kết tủa ra đƣợc * Tác dụng với H2S 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.